Аэрозольный лазерный 3D-принтер печатает платы потоками наночастиц

Новые технологии

Разработана технологии аэрозольной печати 3D-микроструктур. В одном устройстве интегрировано одновременно три процесса: получение, напыление и локальное лазерное спекание наночастиц на подложке.

Технология позволяет печатать платы направленными потоками наночастиц на поверхностях сложной формы, создавать интегрированную и гибкую электронику. Это многократно ускоряет и удешевляет процесс изготовления плат.

Исследователи лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур Физико-технической школы электроники, фотоники и молекулярной физики Московского физико-технического института совместно с АО «НИИ электронного специального технологического оборудования» в начале этого года продемонстрировали экспериментальный образец аэрозольного 3D-принтера с лазерным ассистированием. Сейчас идет подготовка к промышленному внедрению.

Принтер позволяет изготавливать печатные платы методом послойного нанесения материала в форме наночастиц с его последующей монолитизацией, используя локальное лазерное спекание наночастиц на подложке.  Новым является и использование «сухих» химически чистых наночастиц размером 2–20 нм. Их получают в импульсно-периодическом газовом разряде. Использование этих наночастиц за счет размерного эффекта позволяет осуществлять процесс локального лазерного спекания при пониженных температурах и, таким образом, формировать принципиально новые электронные 3D-устройства на термочувствительных гибких полимерных подложках.

Перспективы использования

Алексей Ефимов, ведущий научный сотрудник лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур МФТИ пояснил суть технологии: «Уникальность разработанной нами технологии аэрозольной 3D-печати потоками наночастиц с локальным лазерным спеканием заключается в сочетании высокой разрешающей способности до 25 мкм, высокой массовой производительности до 300 мг/ч и низкой себестоимости формирования функциональных 3D-микроструктур, что будет определять дальнейший рост ее популярности». 

В сравнении с существующими методами аддитивного изготовления микроструктур, предполагающими использование печатного оборудования и наночернил в качестве источников наночастиц, разработанная технология аэрозольной 3D-печати наночастицами с лазерным ассистированием имеет целый ряд преимуществ. Она обеспечивает более высокие значения удельной электрической проводимости и механической прочности микроструктур, так как «сухие» химически чистые наночастицы, полученные в импульсно-периодическом газовом разряде, не содержат на поверхности остатков растворителя и поверхностно-активных веществ. Важным преимуществом является и сокращение количества этапов изготовления функциональных микроструктур, поскольку не требуется изготавливать наночернила и затем сушить их перед лазерным спеканием. Получение, локальная доставка и локальное лазерное спекание наночастиц осуществляются одновременно. Можно использовать металлы, полупроводники и диэлектрики, определять размер, форму и плотность укладки наночастиц за счет изменения материала электродов и режимов получения наночастиц в импульсно-периодическом газовом разряде.

Разработанная технология и оборудование могут быть использованы для изготовления микроразмерных компонентов и изделий для электроники, фотоники, альтернативной энергетики, медицинской и аэрокосмической техники, транспортного машиностроения. В частности, для изготовления микроантенн, пространственных 3D-межсоединений, микронагревателей, активных (транзистор, диод) и пассивных (резистор, конденсатор) электронных компонентов, светоизлучающих устройств (гибкие дисплеи, ячейки OLED-матриц), элементов солнечных батарей и различных сенсоров: газовых, био-, температурных и других.

Появляется возможность сделать смартфоны ультратонкими, печатая платы и антенны на внутренней поверхности корпуса, а экран – на внешней. Всю автомобильную электронику можно будет напечатать на внутренней стороне торпедо, избавившись от большинства проводов.

По информации и фото пресс-службы МФТИ